基于軌跡交叉理論的塔機(jī)群施工作業(yè)研究及應(yīng)用

吳磊 楊磊 李飛

(中國能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 211102)

0 引言

塔機(jī)是建筑施工常用的大型機(jī)械設(shè)備之一，隨著施工規(guī)模的擴(kuò)大、場地局限、施工進(jìn)度要求高等原因，塔機(jī)群施工作業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。受制于塔機(jī)自身構(gòu)件的復(fù)雜性、立體作業(yè)空間大、不完善的管理體系，塔機(jī)事故時(shí)常發(fā)生，造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，研究建筑施工塔機(jī)群作業(yè)的安全管理具有重要意義。

目前，已有學(xué)者對塔機(jī)的安全問題開展了詳細(xì)研究。張瀟等[1]從事故時(shí)間特性、事故類型和事故等級、發(fā)生階段及事故致因4個(gè)方面對96起塔機(jī)事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并提出了預(yù)防對策；趙挺生等[2-5]根據(jù)塔吊自身的結(jié)構(gòu)、施工環(huán)境及人員系統(tǒng)識別了56項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn)因素，通過建立多種模型分析各因素之間的關(guān)系；周全吉等[6]通過研發(fā)一套塔吊安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)對塔吊運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)管和自動報(bào)警，有效地降低了塔機(jī)碰撞事故發(fā)生概率；黃鶯等[7]從系統(tǒng)動力學(xué)角度對塔機(jī)風(fēng)險(xiǎn)因素展開分析，得出作業(yè)人員因素對塔機(jī)安全水平的影響程度最大；周進(jìn)[8]針對塔吊運(yùn)行過程中的安全隱患，建立了基于模糊控制的塔吊運(yùn)行防擺控制模型，對塔機(jī)變幅和回轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)所吊重物的擺角幅度進(jìn)行了控制，同時(shí)研究了塔機(jī)可能發(fā)生碰撞的兩種情況，給出相對應(yīng)的防碰撞算法。多數(shù)學(xué)者的研究成果基于理論模型的仿真模擬與計(jì)算，未能完全結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際工況給出動態(tài)反饋分析。

因此，本文采用軌跡交叉理論并結(jié)合電力建設(shè)現(xiàn)場實(shí)際工況，對塔機(jī)安全進(jìn)行系統(tǒng)分析，辨別主要風(fēng)險(xiǎn)因素，針對各項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn)因素，確定其相互間聯(lián)系，并提出相對應(yīng)的安全管理措施。

1 項(xiàng)目施工作業(yè)概況及軌跡交叉理論

1.1 項(xiàng)目施工作業(yè)概況及施工作業(yè)特點(diǎn)

連云港虹洋熱電聯(lián)產(chǎn)擴(kuò)建項(xiàng)目(原場址)規(guī)劃建設(shè)9×800t/h高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐、5×35MW級背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組、4×60MW級抽背式汽輪發(fā)電機(jī)組。分兩個(gè)階段實(shí)施建設(shè)，本階段需滿足盛虹煉化一體化項(xiàng)目的用汽需求，建設(shè)6×800t/h高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐、3×35MW級背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組、3×60MW級抽背式汽輪發(fā)電機(jī)組。

本工程項(xiàng)目受地質(zhì)環(huán)境、施工場地、施工進(jìn)度、施工工藝等因素影響，安全風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：一是自然環(huán)境復(fù)雜，項(xiàng)目選址位于連云港徐圩新區(qū)，臨近黃海，地下水系豐富，特殊的海相沉積層深厚淤泥質(zhì)軟土增加了工程推進(jìn)難度，常年5級以上風(fēng)速的天氣較多，露天作業(yè)條件差；二是施工規(guī)模大、周期長達(dá)28個(gè)月、場地小、參建隊(duì)伍和人員多，高峰期可達(dá)3200余人；三是工程建設(shè)專業(yè)性強(qiáng)，涉及土建、安裝、調(diào)試、消缺等專業(yè)，導(dǎo)致多工種同時(shí)交叉作業(yè)，對管理人員具有較高的專業(yè)要求；四是動態(tài)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)較多且變化快，例如建設(shè)前期深基坑數(shù)量較多，中后期建筑物普遍較高，導(dǎo)致高處作業(yè)多，吊裝物體積龐大，需要的大型起重機(jī)械設(shè)備較多，后期調(diào)試消缺過程中帶電作業(yè)現(xiàn)象較多，易發(fā)生觸電傷害；五是轉(zhuǎn)序施工及作業(yè)人員自身因素，導(dǎo)致人員流動性較大，增加了安全培訓(xùn)的工作量；六是受疫情影響，疫情防控工作較為繁雜，物資、人員入場困難，施工成本增加。綜上，塔機(jī)群施工作業(yè)在“人、物、環(huán)、管”4個(gè)方面面臨著復(fù)雜多變的安全風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)這些安全風(fēng)險(xiǎn)因素同時(shí)作用時(shí)，極大地增加了事故發(fā)生的概率和后果的嚴(yán)重程度。

1.2 軌跡交叉理論

軌跡交叉理論是一種研究傷亡事故致因的理論[9-10]。多個(gè)事故案例的分析表明：事故發(fā)生的直接原因是人的不安全行為與物的不安全狀態(tài)在時(shí)間或空間上產(chǎn)生交叉，導(dǎo)致能量意外釋放。

為了降低塔機(jī)群作業(yè)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，有必要從時(shí)空上避免人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)產(chǎn)生運(yùn)動軌跡的交叉。根據(jù)《建筑施工塔式起重機(jī)安裝、使用、拆卸安全技術(shù)規(guī)程》(JGJ 196—2010)和安全檢查過程中常見隱患，將塔機(jī)群吊裝安全風(fēng)險(xiǎn)因素按照“人、機(jī)、環(huán)、管”分為作業(yè)相關(guān)人員風(fēng)險(xiǎn)、塔機(jī)自身結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)、作業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與管理風(fēng)險(xiǎn)四大類，共32項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn)因素(表1)。

表1 塔群施工作業(yè)各項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn)因素程度及其權(quán)重指數(shù)

2 安全風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重確定及分析

2.1 風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重賦值

結(jié)合趙挺生等[11]對建筑工程塔吊安全影響因素分析、施工現(xiàn)場隱患排查情況及事故案例分析，對風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行劃分：低風(fēng)險(xiǎn)[0，0.2]，一般風(fēng)險(xiǎn)[0.2，0.5]，較大風(fēng)險(xiǎn)[0.5，0.8]，重大風(fēng)險(xiǎn)[0.8，1]。邀請7名專家對各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行賦值。每項(xiàng)值去除一個(gè)最高分和一個(gè)最低分，取其平均值為最終風(fēng)險(xiǎn)程度的結(jié)果。通過使用熵權(quán)法對各項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行確定，并計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重，公式如下

(1)

(2)

式中，X為風(fēng)險(xiǎn)程度數(shù)值；S為風(fēng)險(xiǎn)程度數(shù)值歸一化處理后的結(jié)果；k為修正系數(shù)，令k=0.01；P為權(quán)重。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)因素分析

根據(jù)權(quán)重的極差對各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素的重要性重新劃分：[0.001，0.021]為較為重要，[0.021，0.042]為重要；[0.042，0.063]為非常重要。由表1可知：非常重要的風(fēng)險(xiǎn)因素占比31.25%，重要的風(fēng)險(xiǎn)因素占比34.38%，較為重要的風(fēng)險(xiǎn)因素占比34.38%。

從風(fēng)險(xiǎn)類型來看：塔機(jī)司機(jī)、起重指揮人員、司索工的業(yè)務(wù)能力均為重要及以上風(fēng)險(xiǎn)因素，他們的操作工序直接決定了吊物是否捆綁牢固、是否避開構(gòu)筑物、在空中是否平衡等，他們的安全意識是塔機(jī)安全的最后一道防線；塔機(jī)作為起重機(jī)械，其力學(xué)性能的穩(wěn)定性對自身安全性能有著決定性的作用，表中與力學(xué)性能相關(guān)的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)因素均為重要或非常重要；6級以上大風(fēng)、雷雨等惡劣天氣會影響塔吊自身和吊物的穩(wěn)定性，限制司機(jī)的視野，易發(fā)生物體打擊和機(jī)械傷害等事故；各項(xiàng)管理風(fēng)險(xiǎn)因素的重要性均為重要及以上，因?yàn)楣芾砣藛T的專業(yè)能力、履職情況可以對上述三種風(fēng)險(xiǎn)因素產(chǎn)生一定的約束性。

3 塔機(jī)群施工作業(yè)安全控制措施

3.1 管理隊(duì)伍專業(yè)化

項(xiàng)目自開工以來，組建了一支以高學(xué)歷為主且能夠精通安全專業(yè)、擅長安全技術(shù)、吃透政策法規(guī)、善于協(xié)調(diào)配合、敢于嚴(yán)格監(jiān)督的管理隊(duì)伍。在安全監(jiān)管方面，設(shè)置了安全督查大隊(duì)作為第三方安全監(jiān)管，督查大隊(duì)有檢查、考核獎勵權(quán)力，對于不能有效完成整改閉環(huán)的有約談相關(guān)單位負(fù)責(zé)人的權(quán)力；建立了專管成線、群管成網(wǎng)、橫向到邊、縱向到底的安全網(wǎng)格化管理體系(根據(jù)施工總平面布置圖從空間上將施工現(xiàn)場劃分成8個(gè)區(qū)域39個(gè)網(wǎng)格，按照“標(biāo)段、工區(qū)、工點(diǎn)”分層級明確建設(shè)單位、建立總包和承(分)商安全保證體系與安全監(jiān)督體系)，壓實(shí)各級安全責(zé)任；針對現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備，聘請一名機(jī)械管理的專家，專職負(fù)責(zé)機(jī)械設(shè)備考察引進(jìn)、進(jìn)/退場、安裝/拆卸、使用、維保的全過程安全管理與監(jiān)督。

3.2 過程管控精細(xì)化

一是按照法律嚴(yán)格審查了塔機(jī)等機(jī)械設(shè)備、相關(guān)作業(yè)人員的資質(zhì)；二是保證機(jī)械設(shè)備費(fèi)用的提取和使用，塔機(jī)安裝前組織人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，明確了交底的類型、工種、交底人、交底時(shí)間和注意事項(xiàng)；三是建立了安全驗(yàn)收機(jī)制，明確塔機(jī)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收部門、驗(yàn)收方式和驗(yàn)收內(nèi)容；四是針對塔吊重量達(dá)到起重機(jī)械額定負(fù)荷的90%及以上的嚴(yán)格執(zhí)行工作票的許可，實(shí)施過程中作業(yè)區(qū)域設(shè)置了隔離警戒，安排專人監(jiān)護(hù)；五是督促承(分)包商單位相關(guān)負(fù)責(zé)人在現(xiàn)場履職，對塔機(jī)作業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)督，嚴(yán)格落實(shí)了雙重預(yù)防機(jī)制，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)動態(tài)識別與跟蹤管控，定期開展機(jī)械設(shè)備的專項(xiàng)檢查與日常隱患排查；六是嚴(yán)格執(zhí)行了節(jié)假日、夜間等特殊時(shí)段的領(lǐng)導(dǎo)帶班制度，關(guān)鍵崗位24小時(shí)應(yīng)急值守，確保遇到突發(fā)事件第一時(shí)間報(bào)告、第一時(shí)間響應(yīng)、第一時(shí)間處置，努力將險(xiǎn)情損失和影響降至最低；七是在起重設(shè)備投入使用快速增長階段(2021年6月)與快速下降階段(2022年2月)提升管控等級，通過開展起重傷害應(yīng)急演練，加強(qiáng)宣傳教育，強(qiáng)化人員安全意識。2021年1月—2022年4月全場起重設(shè)備數(shù)量使用情況如圖1所示。

圖1 2021年1月—2022年4月全場起重設(shè)備數(shù)量使用情況

3.3 信息監(jiān)管數(shù)字化

針對塔機(jī)群施工作業(yè)易發(fā)生碰撞這一安全風(fēng)險(xiǎn)，智慧工地增加了塔吊防碰撞模塊，通過數(shù)據(jù)傳輸至PC端與微信小程序，可實(shí)時(shí)查看塔吊運(yùn)行時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)(風(fēng)速、起重荷載、高度、幅度、回轉(zhuǎn)、力矩等)；通過在起重臂與平衡臂上設(shè)置傳感器，設(shè)置防碰撞等安全參數(shù)，當(dāng)兩個(gè)塔吊的距離小于安全距離時(shí)，塔吊會及時(shí)發(fā)出報(bào)警指令，并可及時(shí)向平臺發(fā)出報(bào)警時(shí)間及塔吊位置。

從表3可以看出，一段弱磁給礦細(xì)度-0.074 mm粒級含量從改造前30%左右提高到75.6%，提高45.6%；二段弱磁選給礦細(xì)度-0.045 mm粒級含量從改造前65%提高到72.09%，提高7.09%。

4 結(jié)語

本文基于軌跡交叉理論，分析了連云港虹洋熱電聯(lián)產(chǎn)擴(kuò)建項(xiàng)目(原場址)的施工特點(diǎn)、塔機(jī)群施工作業(yè)的主要安全風(fēng)險(xiǎn)因素，對風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行辨識和評價(jià)，其中安全管理能夠直接或間接影響安全工作環(huán)境，針對安全管理從施工前、施工過程中及施工結(jié)束后提出了管理隊(duì)伍建設(shè)、過程安全管理與信息化管理等安全控制措施。